소개글
"염의 가수분해와 ph 변화"에 대한 내용입니다.
목차
1. 완충 용액의 개념과 특성
1.1. 완충 용액의 정의
1.2. 완충 용액의 구성
1.3. 완충 용액의 pH 계산
1.4. 완충 용액의 완충 능력
2. 산-염기 평형
2.1. 산과 염기의 정의 및 특성
2.2. 이양성자산과 다양성자산
2.3. 짝산-짝염기 쌍
3. 산-염기 적정 곡선
3.1. 중화 반응의 종말점과 당량점
3.2. 적정 곡선의 유형
3.3. 다양성자산 및 다염기의 적정 곡선
4. pH 측정
4.1. pH 개념 및 정의
4.2. pH 미터의 원리
5. 완충 용액 실험
5.1. 실험 목적 및 원리
5.2. 실험 과정 및 결과
5.3. 결과 분석 및 고찰
6. 참고 문헌
본문내용
1. 완충 용액의 개념과 특성
1.1. 완충 용액의 정의
완충 용액은 약산과 그 약산의 염, 또는 약염기와 그 약염기의 염을 포함하고 있는 용액을 의미한다. 이 용액은 소량의 산 또는 염기를 첨가하더라도 pH 변화를 억제할 수 있는 능력을 가지고 있다. 완충 용액은 첨가한 수산화 이온과 반응할 수 있도록 비교적 큰 농도의 산을 포함하고 있어야 하며, 첨가한 수소 이온과도 반응하도록 충분한 농도의 염기를 포함해야 한다. 또한, 완충제의 산과 염기 성분들이 서로에 의한 중화 반응으로 소비되지 않아야 하는데, 이는 산-염기쌍, 즉 약염기와 짝산 혹은 약산과 짝염기에 의하여 충족될 수 있다.
1.2. 완충 용액의 구성
완충 용액의 구성은 약산과 그 약산의 염, 또는 약염기와 그 약염기의 염으로 이루어진다. 완충 용액은 소량의 산 또는 염기를 첨가하더라도 pH 변화를 억제할 수 있는 능력을 가지고 있다. 완충 용액을 만들기 위해서는 첨가한 OH-이온과 반응할 수 있도록 비교적 큰 농도의 산을 포함하고 있어야 하며, 첨가한 H+이온과도 반응하도록 충분한 농도의 염기를 포함해야 한다. 또한 완충제의 산과 염기 성분들이 서로에 의한 중화 반응으로 소비되지 않아야 한다. 이는 약산과 짝염기, 또는 약염기와 짝산의 쌍을 이용함으로써 충족될 수 있다. 즉, 약산 또는 약염기와 그에 대한 염의 형태로 완충 용액이 구성된다."
1.3. 완충 용액의 pH 계산
완충 용액의 pH 계산은 약산과 그에 대한 짝염기를 포함하는 용액의 경우 헨더슨-하셀발흐 식을 이용하여 구할 수 있다.""
약산과 그 짝염기로 구성된 완충 용액의 pH는 다음과 같이 계산된다.""
약산 HA와 그 염기인 A-가 있는 경우, 산 이온화 평형은 HA ⇌ H+ + A-로 나타낼 수 있으며, 평형 상수 Ka는 [H+][A-]/[HA]와 같다.""
이를 pH로 나타내면 pH = pKa + log([A-]/[HA])가 된다.""
이 식을 헨더슨-하셀발흐 식이라고 하며, 약산 HA와 그 짝염기 A-로 이루어진 완충 용액의 pH를 계산할 수 있다.""
예를 들어 아세트산(CH3COOH)과 아세트산 이온(CH3COO-)으로 이루어진 완충 용액의 경우, pKa(CH3COOH) = 4.76이므로 pH = 4.76 + log([CH3COO-]/[CH3COOH])로 계산할 수 있다.""
또한 약염기와 그 짝산으로 이루어진 완충 용액의 경우에도 유사한 원리로 pH를 계산할 수 있다.""
즉, pH = pKb + log([HA]/[A-])와 같이 표현된다.""
따라서 완충 용액의 pH는 약산과 짝염기, 약염기와 짝산의 농도비와 pKa/pKb 값을 이용하여 계산할 수 있다.""
1.4. 완충 용액의 완충 능력
완충 용액의 완충 능력이란 완충 용액이 중화될 수 있는 산 또는 염기의 양을 의미한다. 즉, 완충 용액의 pH가 급격하게 변화하기 직전까지 수용할 수 있는 산 또는 염기의 양을 말한다.
완충 용액의 완충 능력은 완충 용액을 제조하기 위해 초기에 넣은 용액들의 양으로 결정된다. 일반적으로 짝산과 짝염기의 농도가 같을 때 완충 용액의 완충 능력이 가장 크다. 이때 pH는 에 가장 근접하게 된다.
또한 짝산과 짝염기 중에서 한 가지의 농도가 다른 것의 10배가 될 때 완충 용액은 제 기능을 하지 못한다. 즉, 완충 용액의 pH가 pKa ± 1 범위를 벗어나게 되면 더 이상 완충 작용을 할 수 없다.
따라서 완충 용액을 제조할 때는 짝산과 짝염기의 농도 비율을 적절히 조절하여 완충 능력을 최대화하는 것이 중요하다. 이를 통해 강산이나 강염기 등의 첨가에도 pH가 급격하게 변하지 않도록 할 수 있다.
2. 산-염기 평형
2.1. 산과 염기의 정의 및 특성
산은 수용액 상태에서 해리를 통해 수소 이온(H+)을 내놓는 물질을 의미한다. 이때 수소 이온은 산의 성질을 나타내는 핵심 요소이다. 따라서 산은 수소 이온을 내놓는 능력에 따라 그 세기가 결정된다. 강산은 수용액에서 완전히 해리되어 높은 농도의 수소 이온을 형성하지만, 약산은 일부만 해리되어 수소 이온 농도가 상대적으로 낮다.
한편, 염기는 수용액 상태에서 해리를 통해 수산화 이온(OH-)을 내놓는 물질을 의미한다. 수산화 이온은 염기의 성질을 ...
참고 자료
대한화학회, 표준 일반화학실험 제 7판, 천문각, 2011, pp. 121~130
Brown 외 5인 및 화학교재연구회 옮김, 일반화학 제 14판, Pearson 및 자유아카데미, 2019, pp. 718~723, 728~730, 750~752, 772~792
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대한화학회, 표준 일반화학실험 제 7 개정판, 2011, 천문각, pp. 121~129
